如何写出来让人可以读懂的代码

“

本文整理自 taowen 师傅在滴滴内部的分享。

1.Why

对一线开发人员来说，每天工作内容大多是在已有项目的基础上继续堆代码。当项目实在堆不动时就需要寻找收益来重构代码。既然我们的大多数时间都花在坐在显示器前读写代码这件事上，那可读性不好的代码都是在谋杀自己or同事的生命，所以不如一开始就提炼技巧，努力写好代码; )

2.How

为提高代码可读性，先来分析代码实际运行环境。代码实际运行于两个地方：cpu和人脑。对于cpu，代码优化需理解其工作机制，写代码时为针对cpu特性进行优化；对于人脑，我们在读代码时，它像解释器一样，一行一行运行代码，从这个角度来说，要提高代码的可读性首先需要知道大脑的运行机制。

下面来看一下人脑适合做的事情和不适合做的事情：

大脑擅长做的事情

大脑不擅长做的事情

代码优化理论

了解人脑的优缺点后，写代码时就可以根据人脑的特点对应改善代码的可读性了。这里提取出三种理论：

1. Align Models ，匹配模型：代码中的数据和算法模型 应和人脑中的 心智模型对应

2. Shorten Process ， 简短处理：写代码时应 缩短 “福尔摩斯探案集” 的流程长度，即不要写大段代码

3. Isolate Process，隔离处理：写代码一个流程一个流程来处理，不要同时描述多个流程的演进过程

下面通过例子详细解释这三种模型：

Align Models

在代码中，模型无外乎就是数据结构与算法，而在人脑中，对应的是心智模型，所谓心智模型就是人脑对于一个物体 or 一件事情的想法，我们平时说话就是心智模型的外在表现。写代码时应把代码中的名词与现实名词对应起来，减少人脑从需求文档到代码的映射成本。比如对于“银行账户”这个名词，很多变量名都可以体现这个词，比如：bankAccount、bank_account、account、BankAccount、BA、bank_acc、item、row、record、model，编码中应统一使用和现实对象能链接上的变量名。

代码命名技巧

起变量名时候取其实际含义，没必要随便写个变量名然后在注释里面偷偷用功。

// bad
var d int // elapsed time in days

// good
var elapsedTimeInDays int // 全局使用

起函数名时 动词+名词结合，还要注意标识出你的自定义变量类型：

// bad
func getThem(theList [][]int) [][]int {
 var list1 [][]int // list1是啥，不知道
 for _, x := range theList {
  if x[0] == 4 { // 4是啥，不知道
   list1 = append(list1, x)
  }
 }
 return list1
}

// good
type Cell []int // 标识[]int作用

func (cell Cell) isFlagged() bool { // 说明4的作用
 return cell[0] == 4
}

func getFlaggedCells(gameBoard []Cell) []Cell { // 起有意义的变量名
 var flaggedCells []Cell
 for _, cell := range gameBoard {
  if cell.isFlagged() {
   flaggedCells = append(flaggedCells, cell)
  }
 }
 return flaggedCells
}

代码分解技巧

按照空间分解(Spatial Decomposition)：下面这块代码都是与Page相关的逻辑，仔细观察可以根据page的空间分解代码：

// bad
// …then…and then … and then ... // 平铺直叙描述整个过程
func RenderPage(request *http.Request) map[string]interface{} {
 page := map[string]interface{}{}
 name := request.Form.Get("name")
 page["name"] = name
 urlPathName := strings.ToLower(name)
 urlPathName = regexp.MustCompile(`['.]`).ReplaceAllString(
  urlPathName, "")
 urlPathName = regexp.MustCompile(`[^a-z0-9]+`).ReplaceAllString(
  urlPathName, "-")
 urlPathName = strings.Trim(urlPathName, "-")
 page["url"] = "/biz/" + urlPathName
 page["date_created"] = time.Now().In(time.UTC)
 return page
}

// good
// 按空间分解，这样的好处是可以集中精力到关注的功能上
var page = map[string]pageItem{
 "name":         pageName,
 "url":          pageUrl,
 "date_created": pageDateCreated,
}

type pageItem func(*http.Request) interface{}

func pageName(request *http.Request) interface{} { // name 相关过程
 return request.Form.Get("name")
}

func pageUrl(request *http.Request) interface{} { // URL 相关过程
 name := request.Form.Get("name")
 urlPathName := strings.ToLower(name)
 urlPathName = regexp.MustCompile(`['.]`).ReplaceAllString(
  urlPathName, "")
 urlPathName = regexp.MustCompile(`[^a-z0-9]+`).ReplaceAllString(
  urlPathName, "-")
 urlPathName = strings.Trim(urlPathName, "-")
 return "/biz/" + urlPathName
}

func pageDateCreated(request *http.Request) interface{} { // Date 相关过程
 return time.Now().In(time.UTC)
}

按照时间分解(Temporal Decomposition)：下面这块代码把整个流程的算账和打印账单混写在一起，可以按照时间顺序对齐进行分解：

// bad 
func (customer *Customer) statement() string {
 totalAmount := float64(0)
 frequentRenterPoints := 0
 result := "Rental Record for " + customer.Name + "\n"

 for _, rental := range customer.rentals {
  thisAmount := float64(0)
  switch rental.PriceCode {
  case REGULAR:
   thisAmount += 2
  case New_RELEASE:
   thisAmount += rental.rent * 2
  case CHILDREN:
   thisAmount += 1.5
  }
  frequentRenterPoints += 1
  totalAmount += thisAmount
 }
 result += strconv.FormatFloat(totalAmount,'g',10,64) + "\n"
 result += strconv.Itoa(frequentRenterPoints)

 return result
}

// good 逻辑分解后的代码
func statement(custom *Customer) string {
 bill := calcBill(custom)

 statement := bill.print()

 return statement
}

type RentalBill struct {
 rental Rental
 amount float64
}

type Bill struct {
 customer             *Customer
 rentals              []RentalBill
 totalAmount          float64
 frequentRenterPoints int
}

func calcBill(customer *Customer) Bill {

 bill := Bill{}
 for _, rental := range customer.rentals {
  rentalBill := RentalBill{
   rental: rental,
   amount: calcAmount(rental),
  }
  bill.frequentRenterPoints += calcFrequentRenterPoints(rental)
  bill.totalAmount += rentalBill.amount
  bill.rentals = append(bill.rentals, rentalBill)
 }
 return bill
}

func (bill Bill) print() string {

 result := "Rental Record for " + bill.customer.name + "(n"

 for _, rental := range bill.rentals{
  result += "\t" + rental.movie.title + "\t" +
   strconv.FormatFloat(rental.amount, 'g', 10, 64) + "\n"
 }
 

 result += "Amount owed is " +
  strconv.FormatFloat(bill.totalAmount, 'g', 10, 64) + "\n"

 result += "You earned + " +
  strconv.Itoa(bill.frequentRenterPoints) + "frequent renter points"

 return result
}

func calcAmount(rental Rental) float64 {
 thisAmount := float64(0)
 switch rental.movie.priceCode {
 case REGULAR:
  thisAmount += 2
  if rental.daysRented > 2 {
   thisAmount += (float64(rental.daysRented) - 2) * 1.5
  }
 case NEW_RELEASE:
  thisAmount += float64(rental.daysRented) * 3
 case CHILDRENS:
  thisAmount += 1.5
  if rental.daysRented > 3 {
   thisAmount += (float64(rental.daysRented) - 3) * 1.5
  }
 }
 return thisAmount
}

func calcFrequentRenterPoints(rental Rental) int {
 frequentRenterPoints := 1
 switch rental.movie.priceCode {
 case NEW_RELEASE:
  if rental.daysRented > 1 {
   frequentRenterPointst++
  }
 }
 return frequentRenterPoints
}

按层分解(Layer Decomposition)：

// bad
func findSphericalClosest(lat float64, lng float64, locations []Location) *Location {
 var closest *Location
  closestDistance := math.MaxFloat64
  for _, location := range locations {
    latRad := radians(lat)
    lngRad := radians(lng)
    lng2Rad := radians(location.Lat)
    lng2Rad := radians(location.Lng)
    var dist = math.Acos(math.Sin(latRad) * math.Sin(lat2Rad) +  
                         math.Cos(latRad) * math.Cos(lat2Rad) *
                         math.Cos(lng2Rad - lngRad) 
                        )
    if dist < closestDistance {
   closest = &location
      closestDistance = dist
    }
  }
 return closet
}

// good
type Location struct {
}

type compare func(left Location, right Location) int

func min(objects []Location, compare compare) *Location {
 var min *Location
 for _, object := range objects {
  if min == nil {
   min = &object
   continue
  }
  if compare(object, *min) < 0 {
   min = &object
  }
 }
 return min
}

func findSphericalClosest(lat float64, lng float64, locations []Location) *Location {
 isCloser := func(left Location, right Location) int {
  leftDistance := rand.Int()
  rightDistance := rand.Int()
  if leftDistance < rightDistance {
   return -1
  } else {
   return 0
  }
 }
 closet := min(locations, isCloser)
 return closet
}

注释

注释不应重复代码的工作。应该去解释代码的模型和心智模型的映射关系，应说明为什么要使用这个代码模型，下面的例子就是反面教材:

// bad
/** the name. */
var name string
/** the version. */
var Version string
/** the info. */
var info string

// Find the Node in the given subtree, with the given name, using the given depth.
func FindNodeInSubtree(subTree *Node, name string, depth *int) *Node {
}

下面的例子是正面教材:

// Impose a reasonable limit - no human can read that much anyway
const MAX_RSS_SUBSCRIPTIONS = 1000

// Runtime is O(number_tags * average_tag_depth), 
// so watch out for badly nested inputs.
func FixBrokenHTML(HTML string) string {
 // ...
}

Shorten Process

Shorten Process的意思是要缩短人脑“编译代码”的流程。应该避免写出像小白鼠走迷路一样又长又绕的代码。所谓又长又绕的代码表现在，跨表达式跟踪、跨多行函数跟踪、跨多个成员函数跟踪、跨多个文件跟踪、跨多个编译单元跟踪，甚至是跨多个代码仓库跟踪。

对应的手段可以有：引入变量、拆分函数、提早返回、缩小变量作用域，这些方法最终想达到的目的都是让大脑喘口气，不要一口气跟踪太久。同样来看一些具体的例子：

例子

下面的代码，多种复合条件组合在一起，你看了半天绕晕了可能也没看出到底什么情况下为true，什么情况为false。

// bad
func (rng *Range) overlapsWith(other *Range) bool {
 return (rng.begin >= other.begin && rng.begin < other.end) ||
  (rng.end > other.begin && rng.end <= other.end) ||
  (rng.begin <= other.begin && rng.end >= other.end)
}

但是把情况进行拆解，每种条件进行单独处理。这样逻辑就很清晰了。

// good
func (rng *Range) overlapsWith(other *Range) bool {
 if other.end < rng.begin {
  return false // they end before we begin 
 } 
 if other.begin >= rng.end {
  return false // they begin after we end 
 }
  return true // Only possibility left: they overlap
}

再来看一个例子，一开始你写代码的时候，可能只有一个if ... else...，后来PM让加一下权限控制，于是你可以开心的在if里继续套一层if，补丁打完，开心收工，于是代码看起来像这样：

// bad 多层缩进的问题
func handleResult(reply *Reply, userResult int, permissionResult int) {
  if userResult == SUCCESS {
    if permissionResult != SUCCESS {
      reply.WriteErrors("error reading permissions")
     reply.Done()
     return
    }
    reply.WriteErrors("")
  } else {
    reply.WriteErrors("User Result")
  }
  reply.Done()
}

这种代码也比较好改，一般反向写if条件返回判否逻辑即可：

// good
func handleResult(reply *Reply, userResult int, permissionResult int) {
  defer reply.Done()
  if userResult != SUCCESS {
    reply.WriteErrors("User Result")
    return 
  }
  if permissionResult != SUCCESS {
    reply.WriteErrors("error reading permissions")
    return
  }
  reply.WriteErrors("")
}

这个例子的代码问题比较隐晦，它的问题是所有内容都放在了MooDriver这个对象中。

// bad
type MooDriver struct {
 gradient Gradient
  splines []Spline
}
func (driver *MooDriver) drive(reason string) {
  driver.saturateGradient()
  driver.reticulateSplines()
  driver.diveForMoog(reason)
}

比较好的方法是尽可能减少全局scope，而是使用上下文变量进行传递。

// good 
type ExplicitDriver struct {
  
}

// 使用上下文传递
func (driver *MooDriver) drive(reason string) {
  gradient := driver.saturateGradient()
  splines := driver.reticulateSplines(gradient)
  driver.diveForMoog(splines, reason)
}

Isolate Process

人脑缺陷是不擅长同时跟踪多件事情，如果”同时跟踪“事物的多个变化过程，这不符合人脑的构造；但是如果把逻辑放在很多地方，这对大脑也不友好，因为大脑需要”东拼西凑“才能把一块逻辑看全。所以就有了一句很经典的废话，每个学计算机的大学生都听过。你的代码要做到高内聚，低耦合，这样就牛逼了！-_-|||，但是你要问说这话的人什么叫高内聚，低耦合呢，他可能就得琢磨琢磨了，下面来通过一些例子来琢磨一下。

首先先来玄学部分，如果你的代码写成下面这样，可读性就不会很高。

一般情况下，我们可以根据业务场景努力把代码修改成这样：

举几个例子，下面这段代码非常常见，里面version的含义是用户端上不同的版本需要做不同的逻辑处理。

func (query *Query) doQuery() {
  if query.sdQuery != nil {
    query.sdQuery.clearResultSet()
  }
  // version 5.2 control
  if query.sd52 {
    query.sdQuery = sdLoginSession.createQuery(SDQuery.OPEN_FOR_QUERY)
  } else {
    query.sdQuery = sdSession.createQuery(SDQuery.OPEN_FOR_QUERY)
  }
  query.executeQuery()
}

这段代码的问题是由于版本差异多块代码流程逻辑Merge在了一起，造成逻辑中间有分叉现象。处理起来也很简单，封装一个adapter，把版本逻辑抽出一个interface，然后根据版本实现具体的逻辑。

再来看个例子，下面代码中根据expiry和maturity这样的产品逻辑不同 也会造成分叉现象，所以你的代码会写成这样：

// bad
type Loan struct {
 start    time.Time
 expiry   *time.Time
 maturity *time.Time
 rating   int
}

func (loan *Loan) duration() float64 {
 if loan.expiry == nil {
  return float64(loan.maturity.Unix()-loan.start.Unix()) / 365 * 24 * float64(time.Hour)
 } else if loan.maturity == nil {
  return float64(loan.expiry.Unix()-loan.start.Unix()) / 365 * 24 * float64(time.Hour)
 }
 toExpiry := float64(loan.expiry.Unix() - loan.start.Unix())
 fromExpiryToMaturity := float64(loan.maturity.Unix() - loan.expiry.Unix())
 revolverDuration := toExpiry / 365 * 24 * float64(time.Hour)
 termDuration := fromExpiryToMaturity / 365 * 24 * float64(time.Hour)
 return revolverDuration + termDuration
}

func (loan *Loan) unusedPercentage() float64 {
 if loan.expiry != nil && loan.maturity != nil {
  if loan.rating > 4 {
   return 0.95
  } else {
   return 0.50
  }
 } else if loan.maturity != nil {
  return 1
 } else if loan.expiry != nil {
  if loan.rating > 4 {
   return 0.75
  } else {
   return 0.25
  }
 }
 panic("invalid loan")
}

解决多种产品逻辑的最佳实践是Strategy pattern，代码如下图，根据产品类型创建出不同的策略接口，然后分别实现duration和unusedPercentage这两个方法即可。

// good
type LoanApplication struct {
 expiry   *time.Time
 maturity *time.Time
}

type CapitalStrategy interface {
 duration() float64
 unusedPercentage() float64
}

func createLoanStrategy(loanApplication LoanApplication) CapitalStrategy {
 if loanApplication.expiry != nil && loanApplication.maturity != nil {
  return createRCTL(loanApplication)
 }
 if loanApplication.expiry != nil {
  return createRevolver(loanApplication)
 }
 if loanApplication.maturity != nil {
  return createTermLoan
 }
 panic("invalid loan application")
}

但是现实情况没有这么简单，因为不同事物在你眼中就是多进程多线程运行的，比如上面产品逻辑的例子，虽然通过一些设计模式把执行的逻辑隔离到了不同地方，但是代码中只要含有多种产品，代码在执行时还是会有一个产品选择的过程。逻辑发生在同一时间、同一空间，所以“自然而然”就需要写在了一起：

• 功能展示时，由于需要展示多种信息，会造成 concurrent process

• 写代码时，业务包括功能性和非功能性需求，也包括正常逻辑和异常逻辑处理

• 考虑运行效率时，为提高效率我们会考虑异步I/O、多线程/协程

• 考虑流程复用时，由于版本差异和产品策略也会造成merged concurrent process

对于多种功能杂糅在一起，比如上面的RenderPage函数，对应解法为不要把所有事情合在一起搞，把单块功能内聚，整体再耦合成为一个单元。

对于多个同步进行的I/O操作，可以通过协程把揉在一起的过程分开来：

// bad 两个I/O写到一起了
func sendToPlatforms() {
 httpSend("bloomberg", func(err error) {
  if err == nil {
   increaseCounter("bloomberg_sent", func(err error) {
    if err != nil {
     log("failed to record counter", err)
    }
   })
  } else {
   log("failed to send to bloom berg", err)
  }
 })
 ftpSend("reuters", func(err error) {
  if err == DIRECTORY_NOT_FOUND {
   httpSend("reuterHelp", err)
  }
 })
}

对于这种并发的I/O场景，最佳解法就是给每个功能各自写一个计算函数，代码真正运行的时候是”同时“在运行，但是代码中是分开的。

//good 协程写法
func sendToPlatforms() {
 go sendToBloomberg()
 go sendToReuters()
}

func sendToBloomberg() {
 err := httpSend("bloomberg")
 if err != nil {
  log("failed to send to bloom berg", err)
  return
 }
 err := increaseCounter("bloomberg_sent")
 if err != nil {
  log("failed to record counter", err)
 }
}

func sendToReuters() {
 err := ftpSend("reuters")
 if err == nil {
  httpSend("reutersHelp", err)
 }
}

有时，逻辑必须要合并到一个Process里面，比如在买卖商品时必须要对参数做逻辑检查：

// bad
func buyProduct(req *http.Request) error {
 err := checkAuth(req)
 if err != nil {
  return err
 }
 // ...
}

func sellProduct(req *http.Request) error {
 err := checkAuth(req)
 if err != nil {
  return err
 }
 // ...
}

这种头部有公共逻辑经典解法是写个Decorator单独处理权限校验逻辑，然后wrapper一下正式逻辑即可：

// good 装饰器写法
func init() {
 buyProduct = checkAuthDecorator(buyProduct)
 sellProduct = checkAuthDecorator(sellProduct)
}

func checkAuthDecorator(f func(req *http.Request) error) func(req *http.Request) error {
 return func(req *http.Request) error {
  err := checkAuth(req)
  if err != nil {
   return err
  }
  return f(req)
 }
}

var buyProduct = func(req *http.Request) error {
 // ...
}

var sellProduct = func(req *http.Request) error {
 // ...
}

此时你的代码会像这样：

当然公共逻辑不仅仅存在于头部，仔细思考一下所谓的strategy、Template pattern，他们是在逻辑的其他地方去做这样的逻辑处理。

这块有一个新的概念叫：信噪比。信噪比是一个相对概念，信息，对我有用的；噪音，对我没用的。代码应把什么逻辑写在一起，不仅取决于读者是谁，还取决于这个读者当时希望完成什么目标。

比如下面这段C++和Python代码：

void sendMessage(const Message &msg) const {...}

def sendMessage(msg):

如果你现在要做业务开发，你可能会觉得Python代码读起来很简洁；但是如果你现在要做一些性能优化的工作，C++代码显然能给你带来更多信息。

再比如下面这段代码，从业务逻辑上讲，这段开发看起来非常清晰，就是去遍历书本获取Publisher。

for _, book := range books {
  book.getPublisher()
}

但是如果你看了线上打了如下的SQL日志，你懵逼了，心想这个OOM真**，真就是一行一行执行SQL，这行代码可能会引起DB报警，让你的DBA同事半夜起来修DB。

SELECT * FROM Pubisher WHERE PublisherId = book.publisher_id
SELECT * FROM Pubisher WHERE PublisherId = book.publisher_id
SELECT * FROM Pubisher WHERE PublisherId = book.publisher_id
SELECT * FROM Pubisher WHERE PublisherId = book.publisher_id
SELECT * FROM Pubisher WHERE PublisherId = book.publisher_id

所以如果代码改成这样，你可能就会更加明白这块代码其实是在循环调用实体。

for _, book := range books {
  loadEntity("publisher", book.publisher_id)
}

总结一下：

• 优先尝试给每 个Process一个自己的函数，不要合并到一起来算
• 尝试界面拆成组件
• 尝试把订单拆成多个单据，独立跟踪多个流程
• 尝试用协程而不是回调来表达concurrent i/o
• 如果不得不在一个Process中处理多个相对独立的事情
• 尝试复制一份代码，而不是复用同一个Process
• 尝试显式插入: state/ adapter/ strategy/template/ visitor/ observer
• 尝试隐式插入: decorator/aop
• 提高信噪比是相对于具体目标的，提高了一个目标的信噪比，就降低了另外一个目标的信噪比

3.总结

当我们吐槽这块代码可读性太差时，不要把可读性差的原因简单归结为注释不够 或者不OO，而是可以从人脑特性出发，根据下面的图片去找到代码问题，然后试着改进它(跑了几年的老代码还是算了，别改一行线上全炸了: )

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